Inženjeri stvaraju dizajnerske biobotove od stanica ljudskih pluća

Inženjeri stvaraju dizajnerske biobotove od stanica ljudskih pluća

Potpuno novi tehnički pristup razvoju bioloških robota "dizajnera" koji koriste stanice ljudskih pluća trenutno se razvija u laboratoriju Ren na Sveučilištu Carnegie Mellon. Ovi mikrorazmjerni živi roboti, nazvani AggreBots, možda će jednog dana moći proći kroz složena okruženja tijela kako bi izvršili željene terapeutske ili mehaničke intervencije nakon što se postigne bolja kontrola nad njihovim obrascima kretanja. U novoj studiji objavljenoj uZnanstveni napredakGrupa nudi novu platformu za inženjering tkiva koja se može koristiti za postizanje prilagodljive pokretljivosti u AggreBotovima aktivnom kontrolom njihovih strukturnih parametara.

Bioboti su mikroskopski biološki strojevi koje je napravio čovjek koji se kreću autonomno i mogu se programirati za obavljanje određenih zadataka ili ponašanja. Do sada je promicanje mobilnosti biobota bilo usmjereno na korištenje mišićnih vlakana koja im omogućuju da se kreću poput pravih mišića kroz kontrakciju i opuštanje.

Novi, alternativni mehanizam pokretanja može se pronaći upotrebom cilija, nanoskopskih organskih propelera poput dlaka koji kontinuirano pokreću tekućine u tijelu (npr. u plućima) i pomažu nekim vodenim organizmima, npr.Paramecijili češljati žele, plivati. Međutim, pronalaženje pouzdanog načina za kontrolu preciznog oblika i strukture biobota pokretanog cilijama (skraćeno CiliaBot), a samim time i njegovih rezultata pokretljivosti, pokazalo se teškim.

Laboratorij Ren uveo je novu modularnu strategiju sastavljanja za CiliaBots koristeći prostorno kontroliranu agregaciju tkivnih sferoida koje laboratorij proizvodi iz matičnih stanica pluća. Koristeći ovu strategiju, ovi agregirani CiliaBots (AggreBots) mogu ugraditi sferoide matičnih stanica koje nose genetsku mutaciju koja čini cilije disfunkcionalnima i nepokretnima u određenim regijama.

Dhruv Bhattaram, glavni autor rada i biomedicinski inženjering Ph.D. Student je usporedio postupak s uklanjanjem vesala s odabranih točaka na čamcu na vesla tijekom veslanja.

S našim AggreBotovima unapređujemo alternativnu metodu opskrbe tkiva biobota energijom. Kroz proces spajanja različitih sferoida u različite oblike i ugradnju nefunkcionalnih sferoida, po prvi put možemo precizno kontrolirati položaj i učestalost propelera cilija na površini tkiva kako bismo kontrolirali ponašanje CiliaBot-a. Ovo je ključni napredak u koji mi i drugi možemo uložiti vrijeme kako bismo postigli produktivne rezultate.”

Dhruv Bhattaram, prvi autor članka

"Pristup Aggrebots donosi novu dimenziju dizajna ovim vrstama biobota i biohibridnih robota", dodala je Victoria Webster-Wood, izvanredna profesorica strojarstva. "Sposobnost modularnog kombiniranja različitih cilijarnih i necilijarnih elemenata omogućit će budućim istraživačima stvaranje biobota sa specifičnim tehničkim obrascima kretanja. Budući da su Aggreboti u potpunosti izrađeni od bioloških materijala, prirodno su biorazgradivi i biokompatibilni, što bi moglo omogućiti njihovu izravnu primjenu u medicinskim okruženjima u budućnosti."

Dok Ren laboratorij nastavlja graditi na platformi, oni prepoznaju da bi tehnologija mogla koristiti širokoj publici, uključujući zajednicu biorobota, kliničare i medicinske istraživače koji proučavaju kako cilije funkcioniraju u bolestima kao što je primarna cilijarna diskinezija ili u gustoj, visoko viskoznoj sluzi cistične fibroze. Konkretno, CiliaBots se mogu napraviti od vlastitih stanica pacijenata, koje se mogu koristiti za stvaranje personaliziranih terapeutskih nosača bez rizika od imunološkog odbacivanja.

Fleksibilnost je važna jer je tijelo složeno okruženje. Stanična isporuka terapeutika ima veliki potencijal, ali bez odgovarajućeg pogonskog mehanizma stanice mogu lako zaglaviti. Uspostavili smo put koji ljudi mogu koristiti za kontrolu pokretljivosti CiliaBot. CiliaBots nam pomažu razumjeti utjecaj opasnosti iz okoliša na zdravlje i olakšavaju in vivo terapijsku isporuku. Imaju širok raspon potencijalnih upotreba i uzbudljivo je biti dio njihova razvoja.”

Xi (Charlie) Ren, izvanredni profesor biomedicinskog inženjerstva

Izvori: